Gelombang

Apa yang terlintas di dalam benakmu ketika mendengar kata gelombang? Mungkin kamu membayangkan gelombang air laut yang silih berganti menghempas pantai seperti ditunjukkan Gambar 2.1. Benar. Tetapi itu bukanlah satu-satunya contoh gelombang. Mungkin kamu akan heran saat mengetahui bahwa bunyi dan cahaya adalah gelombang pula. Apakah gelombang itu? Apa yang dibawanya? Bagaimana kita memanfaatkan gelombang? Kita akan mendiskusikan hal-hal itu di dalam subbab ini.

APAKAH GELOMBANG ITU?

Kamu dapat membuat gelombang pada seutas tali tambang, seperti Gambar 2.2. Kamu menggerakkan ujung tambang yang kamu pegang ke kiri dan ke kanan, sedangkan temanmu menahan ujung tambang yang lain. Kamu dapat mengamati gelombang yang timbul pada tambang dan bergerak menuju temanmu. Tambang itu merupakan tempat merambatnya gelombang tersebut, disebut medium. Apakah partikel medium ini turut merambat bersama gelombang? Tambang hanya bergerak bolak-balik pada saat gelombang melintas. Jadi partikel-partikel medium tidak ikut bergerak maju bersama gelombang, tetapi hanya bergetar pada saat gelombang melintas.

Gambar 2.1. Gelombang air laut. 

Gambar. 2.2 Membuat Gelombang pada Tali Tambang

Untuk memahami lebih mengenai gelombang. Simak video berikut. 

Sumber : https://youtu.be/GkNJvZINSEY

Gelombang pada tambang itu berasal dari gerak bolak-balik atau getaran tanganmu. Apakah hanya getaran saja yang dapat menghasilkan gelombang? Perhatikan Gambar 2.3. Misalkan kamu menjatuhkan kerikil pada kolam air yang tenang. Kerikil itu akan menimbulkan usikan pada air, dan usikan tersebut merambat pada permukaan air dalam bentuk gelombang. Jadi, secara umum gelombang berasal dari sebuah usikan. 

Jika saat bergerak tidak membawa partikel-partikel medium, apa yang dibawa gelombang? Gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lain. Ingatlah bahwa gelombang berasal dari gerak usikan, dan benda yang bergerak memiliki energi. Untuk memahami bagaimana gelombang membawa energi, lihatlah Gambar 2.4. Apabila kita memberikan energi dengan mendorong roboh kotak korek api yang berada di ujung, energi tersebut akan berpindah melalui kotak korek api yang tertimpa dan menimpa kotak yang lain. 

Gambar 2.3. Kerikil yang dijatuhkan pada air kolam yang tenang me-nimbulkan usikan yang bergerak di permukaan air dalam bentuk gelombang

Gambar 2.4. Segera setelah kotak korek api  yang paling ujung dirubuhkan, kotak itu akan menimpa kotak di depannya, dan seterusnya. Seperti halnya kejadian ini, gelombang dapat bergerak memindahkan energi pada jarak yang jauh.

Sumber: Contextual Teaching and Learning Ilmu

Pengetahuan Alam

Jadi gelombang adalah usikan yang merambat dengan energi tertentu dari satu tempat ke tempat lain. Gelombang air meneruskan energi melalui air. Gempa bumi meneruskan energi yang besar dalam bentuk gelombang yang merambat melalui lapisan bumi. Gelombang bunyi meneruskan energi bunyi dari sumber bunyi ke telingamu, gelombang ini akan kamu pelajari lebih mendalam pada Bab selanjutnya. Contoh-contoh gelombang yang kita telah bahas ini memerlukan medium untuk memindahkan energi. Gelombanggelombang yang memerlukan medium disebut gelombang mekanik.

MABUK LAUT, PERTANDA GELOMBANG MEMINDAHKAN ENERGI

Mungkin kamu pernah mendengar atau mengalami sendiri “mabuk laut”. Orang yang mabuk laut (ataupun mabuk karena naik kendaraan) mengalami ketidakcocokan tanggapan inderanya dengan kenyataan yang dialami tubuhnya. Ketika orang naik kapal laut, orang itu “diam” di dalam kapal. Perasaannya mengatakan bahwa dia “diam”. Akan tetapi, kapal tersebut bergerak naik turun akibat adanya gelombang yang melintas (atau kapal melintasi gelombang). Kenyataannya, orang itu “bergerak”. Akibat ketidaksinkronan ini, orang tersebut merasa pusing serta mual, dan akhirnya muntah.

GELOMBANG MELALUI BENDA DAN RUANG

Seperti yang telah kita diskusikan di atas, gelombang mekanik memerlukan benda-benda sebagai medium untuk bergerak. Semua wujud benda (padat, cair, dan gas) dapat bertindak sebagai medium.

Sekarang pikirkan cahaya matahari yang dapat sampai ke bumi. Cahaya ini melewati ruang hampa, yakni ruang yang tidak ada partikel-partikel benda sebagai mediumnya. Gelombang yang tidak memerlukan medium ini disebut gelombang elektromagnetik. Karena tidak bergantung pada keberadaan partikel-partikel benda, gelombang elektromagnetik dapat menjalar dengan atau tanpa adanya medium. Perhatikan Gambar 2.5. Cahaya matahari dapat mencapai bumi walaupun melewati ruang hampa. Cahaya adalah salah satu contoh gelombang elektromagnetik.

Gambar 2.5. Gelombang cahaya dari matahari dapat mencapai bumi walaupun melewati ruang hampa.

Taukah kalian, gelombang mekanik berdasarkan arah rambat dan arah getarnya, dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu.

• GELOMBANG TRANSVERSAL

Perhatikan lagi gambar gelombang tali pada Gambar 2.2. Pada saat gelombang bergerak maju, tali bergerak bolak-balik (bergetar) dari sisi ke sisi. Arah gerak gelombang ternyata tegak lurus dengan arah getarnya. Gelombang semacam ini disebut gelombang transversal. Jadi pada gelombang transversal arah getar gelombang tegak lurus dengan arah rambat gelombangnya.

Bagian-bagian yang mencirikan gelombang transversal dapat kamu lihat pada Gambar 2.6  Titik tertinggi pada gelombang disebut puncak, dan titik terendahnya disebut dasar. Gelombang dapat diukur panjang gelombangnya. Panjang gelombang adalah jarak antara sebuah titik pada suatu gelombang dengan titik yang serupa pada gelombang di dekatnya. Sebagai contoh, sesuai Gambar 2.7 panjang gelombang adalah jarak dari puncak ke puncak (jarak AC), atau dari lembah ke lembah (jarak BD). Bagaimanakah cara mengukur panjang gelombang dari bagian gelombang yang lain? Panjang gelombang diberi lambang l, diambil dari huruf Yunani, dibaca lamda. 

Gelombang laut biasanya dinyatakan dengan seberapa tinggi gelombang itu dari permukaan air dikala tenang. Amplitudo adalah jarak dari puncak (atau lembah) gelombang sampai dengan posisi setimbang medium. Amplitudo gelombang ini juga diperlihatkan pada Gambar 2.7. Amplitudo gelombang menunjukkan besarnya energi yang dibawa gelombang tersebut. Gelombang yang membawa energi besar memiliki amplitudo besar, dan gelombang yang membawa energi kecil memiliki amplitudo kecil pula.

Gambar 2.6. Pada saat gelombang transversal merambat maju, medium bergetar tegak lurus dengan arah gerak gelombang.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997

Gambar 2.7. Bagian-bagian gelombang transversal

• GELOMBANG LONGITUDINAL

Bertepuk tanganlah di dekat wajahmu. Apakah kamu mendengar bunyinya? Apakah kamu dapat merasakan udara yang menerpa wajahmu? Ketika kamu bertepuk tangan, kamu menggerakkan partikel-partikel udara menjauh dari posisi setimbangnya dan membentuk gelombang yang kamu dengar sebagai bunyi. Gelombang apakah yang terbentuk?

Misalkan kamu memiliki sebuah pegas yang cukup panjang (slinki). Pegas itu kamu rentangkan di lantai dan temanmu memegang salah satu ujungnya. Apabila beberapa gulungan di ujung yang lain kamu rapatkan, lalu kamu lepas, kamu akan melihat pola gelombang yang berbeda dengan yang kita diskusikan sebelumnya. Pola gelombang yang timbul ditunjukkan Gambar 2.8. 

Daerah pada pegas yang lebih rapat dibanding sekitarnya disebut rapatan, sedangkan daerah yang lebih renggang dari sekitarnya disebut renggangan. Gelombang semacam ini disebut gelombang longitudinal. Pada gelombang logitudinal arah getar gelombang sejajar dengan arah rambat gelombangnya. Gelombang bunyi yang kamu dengar juga berupa gelombang longitudinal.

Sesuai dengan definisi panjang gelombang, maka panjang gelombang pada gelombang longitudinal adalah jarak antara dua rapatan atau dua  renggangan yang berdekatan. Perhatikan Gambar 2.8 . Partikel-partikel pegas tidak ikut merambat bersama gelombang, tetapi hanya bergetar maju mundur saat gelombang melaluinya. Tingkat kerapatan pada pegas mirip dengan amplitudo pada gelombang transversal. Semakin kuat kamu merapatkan pegas, maka energi gelombangnya semakin besar.

Gambar 2.8. Gelombang Longitudinal dan bagian-bagiannya

FREKUENSI GELOMBANG

Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang melewati titik tertentu selama satu sekon. Untuk gelombang transversal, satu gelombang dapat ditunjukkan oleh satu puncak ke puncak berikutnya. Seperti halnya pada getaran, frekuensi dilambangkan dengan f dan dalam SI diukur dalam satuan hertz yang disingkat Hz. 

Frekuensi suatu gelombang bergantung pada frekuensi getar sumbernya. Bayangkan pembuatan gelombang pada tali yang pernah kamu lakukan. Jika kamu menggerakkan tanganmu dengan pelan, maka tali tersebut bergetar pelan pula. Jika tanganmu bergerak dengan cepat, maka getaran tali tersebut juga cepat. Perhatikan gelombang dengan berbagai frekuensi yang terbentuk pada seutas tali pada Gambar 2.9. Gelombang manakah yang memiliki frekuensi lebih besar, dan manakah yang frekuensinya lebih kecil? Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang kita diskusikan pada pembahasan "Cepat Rambat Gelombang".

Gambar 2.9. Gelombang-gelombang dengan frekuensi yang berbeda pada seutas tali. Gelombang manakah yang memliki frekuensi lebih besar?

CEPAT RAMBAT GELOMBANG

Gambar 2.10. Kamu akan melihat kilat terlebih dulu, baru kemudian mendengar bunyi guntur, karena cepat rambat cahaya jauh lebih besar daripada cepat rambat bunyi.

Pernahkah kamu memperhatikan kilat dan bunyi guntur? Seperti halnya Gambar 2.10, kamu mendengar bunyi guntur beberapa detik setelah kilat terlihat. Walaupun guntur dan kilat timbul dalam waktu yang sama, kamu melihat kilat lebih dulu karena cahaya bergerak jauh lebih cepat daripada bunyi. Gelombang yang berbeda bergerak dengan cepat rambat yang berbeda pula. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v, dalam SI diukur dalam satuan m/s. Ingatlah kembali bahwa untuk benda yang bergerak dengan kecepatan tetap, kecepatan adalah perpindahan dibagi waktu, atau dapat dirumuskan sebagai berikut. 

Jika gelombang itu menempuh jarak satu panjang gelombang (lambda), maka waktu tempuhnya adalah periode gelombang itu (T), sehingga rumus di atas dapat ditulis

Karena       T= 1 : f , dengan mengganti  T  rumus kecepatan itu, cepat rambat gelombang dapat dirumuskan:

Keterangan:

v : cepat rambat gelombang

f : frekuensi

λ : panjang gelombang

Bagaimanakah jika kamu membuat gelombang tali dengan frekuensi yang berbeda? Kamu akan menemukan jika frekuensi gelombang tali diperbesar, ternyata panjang gelombangnya mengecil. Mengapa? Dalam medium yang sama, cepat rambat gelombang adalah tetap. Misalkan cepat rambat gelombang pada tali adalah 12 m/s. Jika frekuensi gelombang 4 Hz, maka panjang gelombangnya 3 m (4 Hz × 3 m = 12 m/s). Namun jika frekuensi gelombangnya diperbesar menjadi 6 Hz, maka panjang gelombangnya mengecil menjadi 2 m (6 Hz ×  2 m = 12 m/s). Apa yang terjadi jika frekuensi gelombangnya diperkecil?

MINI LAB

Soal Contoh Gelombang timbul pada kolam. Panjang gelombangnya adalah 32 cm, dan frekuensi gelombangnya 2,0 Hz. Berapakah cepat rambat gelombang itu?

Diketahui: 

panjang gelombang, λ = 32 cm = 0,32 m     

frekuensi, f = 2,0 Hz

Ditanya: 

cepat rambat(v)

Penyelesaian: 

v = f x λ 

   =  2,0 Hz x 0,32 m 

   = 0,64 m/s.

Bagaimana apakah kalian sudah lebih paham mengenai gelombang?

Untuk mereview dan memperdalam kembali materi gelombang yang sudah kalian pelajari diatas, simaklah video berikut ini.

Sumber : https://youtu.be/ZzKwcttFQjc